Полупроводникови лазери: типа устройства, принципа на работа, използването на

Полупроводникови лазери са квантови генератори базирани полупроводникови активна среда, където оптичната амплификация чрез стимулирано излъчване се създава при прехода между квантовата енергийните нива при висока концентрация на свободни носители зареждане в областта.

Полупроводников лазер: принцип на работа

Обикновено, по-голямата част от електрони, разположен на нивото на валентност. По време на подход фотонна енергия надвишава разликата енергия банда, полупроводници, електроните са в състояние на възбуда, и нарушаване на забранена зона, движещи се в свободна зона, концентрирайки се в долния си край. Едновременно с това, една дупка, образувана в нивото на валентност, достигайки до горната си граница. Електроните в свободната зона рекомбинират с дупки, излъчващ енергия, равна на енергията на разкъсващата зона, под формата на фотони. Рекомбинация може да бъде подобрена чрез фотони с достатъчно ниво на енергия. Цифрово описание съответства на функцията на разпределение на Ферми.

приспособление

Устройството за полупроводников лазер е лазерен диод изпомпва енергийни електрони и дупки в област р-п-преход - точката на контакт с проводимия полупроводникови р- и N-тип. Освен това, има полупроводникови лазери с оптично въвеждане на енергия, при което се образува сноп от поглъщане на фотони на леката и квантовата каскадни лазери, които се основават на преходите в зоните.

структура

Типични съединения, използвани в полупроводникови лазери и други оптоелектронни устройства, както следва:

• галиев арсенид;
• галиев фосфид;
• галиев нитрид;
• индий фосфид;
• индий галиев арсенид;
• галиев арсенид алуминий;
• галий-индий-галий нитрид;
• фосфид, галий, индий.

дължина на вълната

Тези съединения - полупроводници директно празнина. Indirect- (силиций) не излъчва светлина с достатъчна сила и ефикасност. Дължината на вълната на излъчването на диод лазер зависи от енергията на енергията на фотон подходи разликата лента на специфичното съединение. 3- и 4-компонент полупроводникови съединения енергия Разликата в честотна лента, може да бъде непрекъснато варира в широк диапазон. В AlGaAs = Al _х Ga _1-Х, например, увеличаване на съдържанието на алуминий (увеличение х) има ефект на увеличаване на разликата на енергия лента.

Докато най-честите полупроводникови лазери работят в близката инфрачервена част на спектъра, някои излъчват червени (галий индий фосфид), синьо или лилаво (галиев нитрид) цветове. Средна инфрачервена полупроводников лазер (оловен селенид) и квантовата каскадни лазери.

органични полупроводници

Освен посочените по-горе неорганични съединения могат да се използват и органични. Подходящ технология е все още в процес на разработка, но развитието му обещава да намали значително разходите за производство на лазери. Досега само разработени органични лазери с все още не е достигнал оптичен вход на енергия и висока производителност електрическа помпа.

вид

Чрез множество полупроводникови лазери с различни параметри и стойност приложение.

Малки лазерни диоди произвеждат лъч висококачествен механичен радиация чиято мощност варира от няколко стотин до петстотин миливата. лазерен диод чип е тънка правоъгълна плоча, която служи като вълна, тъй като излъчването ограничено до малко пространство. Crystal, легирани с двете страни за създаване на PN-преход на голяма площ. Полирани краищата създават оптичен резонатор на Фабри - интерферометър Перо. Photon преминава през кухината да причини рекомбинация радиация ще се увеличи и ще започне поколение. Те се използват в лазерна показалка, CD-и DVD-плейъри, както и оптични влакна.

Ниска мощност лазери и твърди лазери с външен кухина за генериране на кратки импулси може да се синхронизира събития.

полупроводникови лазери с външен кухина състои от лазерен диод, който играе роля в състава на печалба среда повече лазерно резонатор. Възможност за смяна на дължини на вълните и да има тясна лента на емисиите.

лазери инжектиране са полупроводникови област на радиация в широк обхват, може да генерира ниско качество лъч мощност на няколко вата. Той се състои от тънък слой, разположен между активното р- и N-слой, образуващи двойна хетерогенен. Механизмът на раждане на светлина в напречна посока е липсващ, което води до високо елиптичност лъч и неприемливо високи прагови токове.

Мощни диодни масиви, състоящи се от множество диоди, широколентов достъп, даващ възможност за лъч на посредствен качество на електрическата енергия на десетки вата.

Мощни двуизмерни масиви от диоди могат да генерират мощност от стотици хиляди вата.

Повърхностно-излъчващи лазери (VCSEL) излъчващи качество излъчената светлина лъч в няколко миливата перпендикулярна на плоскостта. На радиация повърхността на огледалото резонатор се прилага под формата на слоеве в дини ¼ вълна с различни индекси на рефракция. На един чип може да се направи няколко стотин лазери, което отваря възможност за масово производство.

С VECSEL лазери оптичен вход енергия и външен резонатор може да генерира лъч добро качество мощност от няколко вата при заключване режим.

Работа полупроводников лазер тип квантовата каскада въз основа на преходи в рамките на обхватите (за разлика от interband). Тези устройства излъчват в средната област на инфрачервения спектър, понякога в обхвата на terahertz. Те се използват, например, като газови анализатори.

Полупроводникови лазери: прилагането и основните аспекти на

Висока мощност диодни лазери с високо електрическо изпомпва при умерени напрежения се използват като високо ефективни средства за доставяне на енергия твърдотелен лазер.

Полупроводникови лазери могат да работят в голям диапазон от честоти, който включва видимия, близка инфрачервена и средна инфрачервена част на спектъра. Създаден устройства, за да се променят също izducheniya честота.

Лазерни диоди може бързо да преминат и модулират оптична сила, която се използва в оптични комуникационни линии предаватели.

Тези характеристики са направени полупроводникови лазери са технологично най-важният вид на мазер. Те се използват:

• телеметричен сензори, пирометри, оптичен алтиметър, Далекомери, забележителности, холография;
• в оптични системи за предаване и съхранение на данни, съгласувани комуникационни системи;
• лазерни принтери, видео проектори, указатели, баркод скенер, скенер, CD-плейъри (DVD, CD, Blu-Ray);
• в системи за сигурност, квантова криптография, автоматизация, показатели;
• оптично метрологията и спектроскопия;
• в хирургията, стоматологията, козметика, терапия;
• пречистване на вода, материал обработка, изпомпване на твърдотелен лазер, контрол на химични реакции в промишлен сортиране, индустриални машини, системи за запалване и системи ПВО.

импулсен изход

Най-полупроводников лазер генерира непрекъсната греда. Поради краткото време за пребиваване на електроните в нивото на проводимост те не са много подходящи за генериране на Q-прекъсвачи импулси, но квази-непрекъснат режим на работа може значително да увеличи квантов генератор на енергия. В допълнение, полупроводникови лазери могат да се използват за генериране на ultrashort импулсен режим заключена или превключване на печалбата. Средна мощност кратки импулси, обикновено ограничават до няколко миливата освен VECSEL-оптично изпомпва лазери, които изходна мощност измерени пикосекундни импулси с честота в десетки гигахерца.

Модулация и стабилизация

Предимството на кратко електрон пребиваване в проводимост групата на полупроводникови лазери е способността да модулират висока честота, които имат VCSEL-лазери надвишава 10 GHz. Тя е била използвана в оптичен пренос на данни, спектроскопия, лазерна стабилизация.